基于雙饋風(fēng)電機組等值的電力系統(tǒng)非對稱短路工頻電氣量計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電接入后電力系統(tǒng)的故障計算，具體指一種基于雙饋風(fēng)電機組等值 的電力系統(tǒng)非對稱短路工頻電氣量計算方法，屬于電力系統(tǒng)分析及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力發(fā)電具有清潔、高效和可持續(xù)的優(yōu)點，是當代電力發(fā)展的必然選擇。近幾年， 全球范圍內(nèi)風(fēng)電大量開發(fā)，電網(wǎng)中風(fēng)電含量不斷提高。雙饋風(fēng)電機組是當前風(fēng)力發(fā)電的主 力裝備，其占風(fēng)電并網(wǎng)容量的比例已超過50%。雙饋風(fēng)電機組采用轉(zhuǎn)子交流勵磁的繞線式 異步發(fā)電機，其勵磁由轉(zhuǎn)子串聯(lián)變流器饋入電網(wǎng)側(cè)電壓實現(xiàn)。變流器具有靈活調(diào)控和快速 響應(yīng)能力，可根據(jù)電網(wǎng)運行工況及特定控制方式產(chǎn)生轉(zhuǎn)子交流激磁電壓。因而，在電網(wǎng)發(fā)生 短路故障情況下，雙饋風(fēng)電機組的反應(yīng)機理與響應(yīng)特性與傳統(tǒng)同步發(fā)電機相比具有較大差 另Ij，雙饋風(fēng)電機組的規(guī)?；瘧?yīng)用必然造成電網(wǎng)的運行特征發(fā)生變化。
[0003] 電網(wǎng)故障情況下，機端電壓跌落后雙饋風(fēng)電機組定子繞組中感生出直流暫態(tài)電 流，進而在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生很大的暫態(tài)電動勢。由于變流器容量為機組容量的一部分，因此 變流器僅能在一定程度內(nèi)承受由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子過電流、直流母線過電壓等異常狀態(tài)。在機 端電壓深度跌落時，常需利用Crowbar電路短接轉(zhuǎn)子繞組保護變流器不受損害。因此，根據(jù) 機端電壓跌落的深度，雙饋風(fēng)電機組的暫態(tài)過程會呈現(xiàn)出2種不同的狀態(tài)：帶Crowbar運行 狀態(tài)和勵磁控制狀態(tài)。
[0004] 對電網(wǎng)故障狀態(tài)的準確分析計算，是實施電力系統(tǒng)故障保護與安全控制的必要前 提。通常采用數(shù)字仿真手段對故障過程進行分析以開發(fā)新原理電氣保護，通過電網(wǎng)絡(luò)理論 對給定電網(wǎng)進行定量計算以獲取指定地點的繼電保護整定值和電氣設(shè)備選型所需的短路 容量等電氣參量。目前電網(wǎng)短路故障下雙饋風(fēng)電機組暫態(tài)過程的分析和計算受到了一定關(guān) 注。但是，現(xiàn)有研宄一般仿真分析為主，且多以帶Crowbar運行的雙饋風(fēng)電機組為對象。在 帶Crowbar運行狀態(tài)下，雙饋風(fēng)電機組的暫態(tài)過程與常規(guī)感應(yīng)發(fā)電機相近，無法反映遠方 故障、故障程度較輕等情況下的特征。而仿真方法無法確定故障電氣量的產(chǎn)生機理、組成等 特征，也難以準確獲取某一電氣分量的數(shù)值，因而不能滿足控制方式制定、繼電保護整定值 和電氣設(shè)備選型等的需要。
[0005] 在勵磁控制狀態(tài)下，電壓跌落會通過定轉(zhuǎn)子磁耦合改變轉(zhuǎn)子勵磁電流，同時變流 器響應(yīng)機端電壓和轉(zhuǎn)子電流的變化又會對轉(zhuǎn)子勵磁電壓進行調(diào)整，由此形成一個多階閉環(huán) 動態(tài)過程。目前，已經(jīng)有一些針對勵磁控制作用下雙饋風(fēng)電機組短路電氣量計算的研宄，例 如：
[0006] [1]Vicatos M Sj Tegopoulos JA. Transient state analysis ofdoubly-fed induction generator under three phase short circuit. IEEE Transactions on Energy Conversion, 1991, 6 (I) : 62-75.
[0007] [2]Jinxin Ouyangj Xiaofu Xiong.Research on short-circuit current ofdoubly fed induction generatorunder non-deep voltage drop. Electric Power Systems Research, 2014, (107):158 - 166〇
[0008] [3]Ouyang Jinxin1Xiong Xiaofu1Zeng Xingxing. Analysis and evaluation of short-circuit current of doubly fed induction generation under rotor excitation control [J]. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 2014, 6(5):1-16.
[0009] [4]Ouyang Jinxin, Xiong Xiaofu. Dynamic behavior of the excitation circuit of a doubly-fed induction generator under a symmetrical voltage drop. Renewable Energy, 2014, 71:629-638.
[0010] [5]熊小伏，歐陽金鑫.電網(wǎng)短路時雙饋感應(yīng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的分析與計算[J]. 中國電機工程學(xué)報，2012, 32(28) :114-121.
[0011] [6]歐陽金鑫，熊小伏，張涵軼.電網(wǎng)短路時并網(wǎng)雙饋風(fēng)電機組的特性研宄[J]. 中國電機工程學(xué)報，2011，31 (22) :17-25.
[0012] 然而，上述的研宄工作有的以轉(zhuǎn)子電壓不變?yōu)闂l件，未計及變流器調(diào)控對機組暫 態(tài)過程的作用；有的僅僅推導(dǎo)了風(fēng)電機組短路電氣量的表達式，由于電力系統(tǒng)規(guī)模龐大、結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，利用某一故障參量的表達式并不能計算整個系統(tǒng)任意位置的故障分量，所以風(fēng)電 并網(wǎng)系統(tǒng)的短路計算需要建立線性的等值電路模型，并利用基于電網(wǎng)絡(luò)理論實現(xiàn)系統(tǒng)故障 參量的基頻分量計算。更為重要的是，現(xiàn)有針對勵磁控制狀態(tài)下雙饋風(fēng)電機組及其并網(wǎng)電 力系統(tǒng)故障電氣量分析與計算的研宄均以電網(wǎng)對稱短路的情況為對象，由于電力系統(tǒng)發(fā)生 不對稱故障后出現(xiàn)負序和零序分量，會使得系統(tǒng)中電氣量的分布和大小以及發(fā)電機等的電 磁暫態(tài)過程發(fā)生改變，所以電網(wǎng)非對稱短路情況下工頻電氣量的計算模型和方法與對稱短 路情況相比具有很大區(qū)別。
[0013] 同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁為獨立元件，在機端電壓不對稱跌落下不會出現(xiàn)負序的轉(zhuǎn)子 勵磁電壓，因而其負序等值為無源元件。對于雙饋風(fēng)電機組，其機端負序電壓分量不僅能夠 通過電樞反應(yīng)改變轉(zhuǎn)子電流，負序電壓還能夠通過勵磁控制反饋至轉(zhuǎn)子回路，可產(chǎn)生負序 的勵磁電壓，使得同步發(fā)電機的非對稱短路計算等值模型難以用于雙饋風(fēng)電機組。目前，雙 饋風(fēng)電機組在電網(wǎng)非對稱短路故障情況下的簡化等值尚未形成可行的解決方案。
[0014] 非對稱短路是電力系統(tǒng)中最主要的故障類型，電網(wǎng)非對稱短路下雙饋風(fēng)電機組等 值方法的欠缺造成了電力系統(tǒng)不對稱短路計算模型無法計及雙饋風(fēng)電機組接入影響、系統(tǒng) 任意位置工頻電氣量難以準確計算等問題，由此嚴重制約了電力系統(tǒng)實際運行中繼電保護 整定與設(shè)備選型等的實施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 針對現(xiàn)有電力系統(tǒng)短路計算中缺少雙饋風(fēng)電機組等值電路模型的問題，本發(fā)明的 目的在于提出一種基于雙饋風(fēng)電機組等值的電力系統(tǒng)非對稱短路工頻電氣量計算方法。
[0016] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0017] 基于雙饋風(fēng)電機組等值的電力系統(tǒng)非對稱短路工頻電氣量計算方法，步驟